仪器分析-3uv-vis4h p第三章紫外可见吸收光谱分析法

第三章 紫外-可见吸收光谱分析法Ultraviolet

and

Visible

Absorption

Spectrum

Ultraviolet

and

Visible

SpectrophotometryFor

Short：UV-VIS第一节 紫外-可见吸收光谱紫外-可见吸收法是利用物质的分子对紫外-可见光谱区（一般认为是200～800nm）的辐射的吸收来进行分析的一种仪器分析方法。紫外-可见吸收曲线---定性吸光度---定量研究对象多是具有共轭双键结构的分子。一、紫外-可见吸收光谱（紫外-可见吸收曲线）末端吸收肩峰最大吸收峰最大吸收波长波谷及最小吸收波长二、紫外-可见吸收光谱的形成有机物紫外－可见吸收光谱是分子中外层价电子跃迁的结果三、分子结构与紫外-可见吸收光谱1.有机化合物的电子能级和跃迁有机物紫外－可见吸收光谱是分子中外层价电子跃迁的结果外层价电子形成单键的σ电子形成双键的π电子未成键的n电子（孤对电子）有机化合物分子的电子跃迁类型σ→σ*n→

σ*π→π*n

→π*E(h)顺序:n→π*<π→π*<

n→σ*<σ→σ*（1）σ→σ*跃迁所需能量最大。λmax<170

nm，位于远紫外区。饱和烃类C-C键可发生此类跃迁。如甲烷，λmax

=125nm。常用做溶剂如已烷，庚烷，环已烷等。（2）n→σ*n→σ*跃迁也是高能量跃迁λmax<200

nm，远紫外区。含有S、N、O和卤素等杂原子的饱和烃衍生物如甲胺，λmax

=213nm。εmax常为100-300。（3）π→π*（有分析应用价值）π→π*所需能量较少εmax≥104，是强吸收带。不饱和烃发生此类跃迁。如单个双键，一般λmax为150-200nm。乙烯

λmax为165nm左右，ε＝10000发生含杂原子的基团取代，可使π→π*跃迁能级差降低，λmax向长波移动，ε变大。乙烯的不同取代基引起的吸光波长的变化若双键共轭，λmax和εmax均增加。随着共扼体系的增大，λmax向长波移动，ε变大。非封闭共轭体系的π—π*跃迁所产生的吸收带，称为K带化合物1,3-丁二烯1,3,5-己三烯1,3,5,7-辛四烯1,3,5,7,9-葵五烯1,3,5,7,9-,11十六烷基六烯λmax/

nm217268304334364ε

max21,00043,000121,000138,000五个以上双键共轭时，吸收带已落在可见光区。封闭共轭体系（芳香族或杂芳香族化合物）的π—π*跃迁所产生的

K吸收带，又称为E带。例：苯有三个特征吸收带λmax~180nmεmax~60000λmax~204nmεmax~800λmax~255nmεmax~200苯的紫外吸收曲线B吸收带（苯吸收带）：芳香族或杂芳香族化合物的特征谱带。π—π*跃迁所产生。230～270nm,宽峰，弱吸收（

εmax

约200

）。包含多重峰或称精细结构芳环上有取代基时，B带的精细结构减弱或。苯和甲苯的光谱——苯

--

-

-

-

-

-甲苯（溶剂

环已烷）化合物λmaxnmε

max×104λmaxnmε

max×103λmaxnmε

max苯1846.82048.8254250甲苯1895.52087.9262260苯甲酸23010270800苯乙烯24815282740当芳环上连有一个发色团时（取代基与芳环间有π—π共轭），同时出现K吸收带，B吸收带。（4）n→π*（有分析应用价值）n→π*所需能量最低。吸收在近紫外区，有时在可见区。一般εmax<500，是弱吸收带。称为R吸收带。分子中同时存在杂原子和双键可发生此类跃迁如C=O，N=N，N=O，C=S如-COOR基团π→π*

跃迁λmax=165nm，εmax=4000；n→π*跃迁

λmax=205nm，

εmax=50。生色团（发色团）分子中能吸收紫外—可见光，发生n—π*、π—π*跃迁的结构单元，称为生色团。生色团为不饱和基团：

、

、

、

、

、、NO2等在紫外光谱中，发色团并非一定有颜色。助色团指本身不吸收紫外-可见光，但它与生色团相连时，可使生色团吸收波长变长，强度增强的官能团。一般是含有孤对电子的杂原子基团，至少有一对能与π电子相互作用的n电子。如-NH2、-OH、-NR2

、-OR、-SH、-SR、-Cl、-Br、-

SO3H、-COOH等2.常用术语红移和蓝移红移-由取代基或溶剂效应引起的使吸收向长波方向移动称为红移蓝移-使吸收向短波长方向移动称为蓝移。增色效应和减色效应增色效应--εmax↑减色效应--εmax↓四、影响紫外-可见吸收光谱的因素共轭效应的影响：λmax红移，εmax增大助色效应：超共轭效应：空间效应：5.溶剂的影响：ππ*π*n无溶剂化作用

nπ

有溶剂化作用△

Eπ→π*△

E

n

→π*△

Eπ→π*一般溶剂极性增大，π—π*跃迁吸收带红移，εmax略有降低。n—π*跃迁吸收带蓝移，εmax↑，极性↑，蓝移幅度↑极性溶剂往往使吸收峰的振动精细结构O

CH3C

CH3C

C

CH3H亚异

的溶剂效应正己烷CHCl3CH3OHH2Oπ→π*

λmax/

nm230238237243n

→π*

λmax/

nm329315309305第二节

紫外-可见光谱仪一、紫外-可见光谱仪的基本结构光源样品池单色器检测器数据处理仪器控制1.光源作用：发射强度足够且稳定的连续光谱常用：可见光区使用（340-2500nm）：卤钨灯紫外光区使用（200-380nm）：氘灯2.单色器作用：分光（将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出任一波长单色光。）组成：①入射狭缝②准光装置③色散元件：棱镜或光栅；④聚焦装置⑤出射狭缝3.样品室作用：盛放分析的试样溶液。材料：玻璃（只可用于可见光区）石英注意：易碎，不能烘烤，硬物刮刷。为减少光的反射损失，吸收池的光学面必须严格垂直于光束方向。吸收池要挑选配对。4、检测器作用：接收透射光，利用光电效应将接收的光信号变成可测的电信号。常用：光电倍增管第三节紫外-可见光谱法的应用定性分析定量分析结构分析某些化合物的物理化学参数。例如摩尔质量、配合物的配合比和稳定常数、以及酸、碱的离解常数等。一、定性分析1.定性依据吸收光谱的形状εmax(λ)吸收峰的数目λmax2.定性方法：与标准物质比较法比较未知物与标准物质在相同化学环境与测量条件下的紫外-可见吸收光谱，若吸收光谱的形状、吸收峰的数目、εmax(λ)、λmax完全相同，就可以确定未知物与标准物质具有相同的生色团与助色团。光通过溶液的情况当一束平行的单色光通过均匀透明的有色溶液时I0二、定量分析原理及方法1.原理（1）透射率（T）与吸光度（A）ItT

A

lg

1T（2）朗伯-比尔定律定律内容：在一定浓度范围内，当一束适当波长的平行的单色光通过含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质浓度和液层厚度的乘积成正比。简称比尔定律。数学表达式A

KLCA-吸光度K-吸光系数，与溶液的性质、温度和入射光波长有关，（

L·g·-1·cm-1或L·mol·-1·cm-1

）L-液层厚度，（cm）

C-浓度，（g·L-1或mol·L-1）K的说明K的单位：当C（g•L-1），吸光系数a（L

•g-1

•cm-1）。当C（mol•L-1），摩尔吸光系数ε(L

•mol-1

•cm-1

）ε表物质对某一波长光的吸收能力,ε可作为定性分析的参考,ε估量定量分析方法的灵敏度,ε一般是由较稀溶液的吸光度值通过计算求得。比尔定律成立的条件入射光是单色光吸收发生在均匀介质中稳定溶液稀溶液(c<10-2mol/L)（3）吸光度的加合性A总＝A1＋A2＋…＋AnA总＝ε1Lc1＋ε2Lc2＋…＋ε利用这种性质可进行多组分的测定。（4）引起比尔定律偏离的因素标准曲线及对朗伯-比尔定律的偏离①仪器因素（物理因素）克服非单色光引起的偏离方法选择比较好的单色器。将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。②化学性因素溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：CrO

２-＋2H+

=

Cr

O

２-

＋H

O４

２

７

２溶液中CrO

２-

、

Cr

O

２-

的颜色不同，吸光性质也不相同。４

２

７故此时溶液pH对测定有重要影响③比尔定律的局限性朗伯—比耳定律只适用于稀溶液。2.定量方法：标准曲绘制标准曲线测样品待测液吸光度（AX）C.求样品待测液浓度（Cx）绘制标准曲线配制四个以上浓度不同的待测组分的标准溶液以空白溶液为参比溶液。分别测定各标准溶液的吸光度。以标准溶液浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。求标准曲线的回归方程及相关系数。标准曲线（校正曲线）的线性范围校正曲线：是待测物质的浓度或含量与仪器测定信号的关系曲线。校正曲线的线性范围：是指定量测定的最低浓度到遵循线性响应关系的最高浓度间的范围。线性范围越宽，样品测定的浓度适用性越强。第四节

分析条件的选择一、仪器测量条件的选择测量波长的选择选择原则：吸收最大，干扰最小。通常选择最强吸收带的最大吸收波长。（灵敏度高，精密度高）。如果最大吸收波长所处吸收峰太,则在满足分析灵敏度前提下，可选用灵敏度低一些的波长进量，以减少比尔定律的偏差。2.适宜吸光度范围的选择浓度测量方法的相对误差与溶液投射比的关系密切当吸光度A=0.434

时，仪器的测量误差最小。如仪器计数误差为1%时，若要求浓度测量的相对误差小于3%，则透射率值应选在63%--

15%范围内，相应的：最佳的吸光度范围：A＝0.2~0.8二、显色反应条件的选择显色反应：把无色的被测物质转化为有色化合物的过程称为显色过程，这个过程中发生的化学反应称为显色反应。显色剂种类无机显色剂：多含有助色团如：过氧化氢，硫 酸铵，碘化钾有机显色剂：含有生色团或助色团如：偶氮类：偶氮胂IIIAsO3

H2

OH

OH

H2

O3

AsN

N

N

NHO3S

SO3H3.显色反应影响因素(1)显色剂用量：

(2)显色的时间：

(3)反应的温度：

(4)稳定时间：

(5)反应的酸度不同pH值情况下Fe(Ⅲ)与水杨酸的配合物变化表pH范围配合物组成颜色＜4Fe(C7H4O3)+

（1：1）紫红色4～7Fe(C7H4O3)2－（1：2）棕橙色8～10Fe(C7H4O3)33－（1：3）黄色三、干扰及消除方法干扰分以下三种情况：干扰物质本身有颜色或与显色剂形成有色化合物，在测定条件下也有吸收；在显色条件下，干扰物质水解，析出沉淀使溶液混浊，致使吸光度的测定无法进行；干扰显色反应进行：干扰物与待测离子或显色剂形成更稳定的配合物，使显色反应不能进行完全。2.消除控制酸度：使显色剂只与待测物显色。例如：双硫腙能与Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ni